25 abril 2011

Aplicaciones diesel - eólica en climas árticos (3ª PARTE)




Ver 2ª PARTE

St. Paul, Alaska: Sistema diesel - eólico de alta penetración

Este proyecto se puso en marcha en 1999 como estrategia para ahorrar costes y se trata de una instalación de alta penetración. Un sistema híbrido sin almacenamiento que maximiza la contribución de los abundantes recursos eólicos del lugar.
El componente primario de la planta incluía una turbina de 225 kW y dos generadores diesel de 150 kw, un condensador síncrono, un depósito de agua caliente aislado de 27.000 litros, y un sistema de control  basado en microprocesador capaz de proporcionar una operación de planta completamente automática.
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La carga eléctrica primaria para la instalación promedio es de unos 85 kW, pero el sistema también suministra energía para calefacción primaria de las instalaciones (a partir del exceso de energía de los generadores y la energía térmica recuperada de la planta diesel).
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El sistema se amplió interconectando un complejo inductrial con 725 kW de capacidad eólica instalada al sistema eléctrico de la ciudad, impulsado por una estación de potencia diesel de 2.125 y con una carga promedio de más de 600 kw. Con una carga mínima cercana a 400 kW, una vez interconectado el sistema eólico es capaz de suministrar una gran cantidad de energía para la comunidad, y dependiendo del hardhare de control se consigue aumentar a alta penetración.
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Desafíos técnicos y comerciales
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El principal desafío del mercado de la energía rural en el ártico es que casi exclusivamente está servido por generadores diesel. Los generadores de combustibles fósiles son equipos baratos y proporcionan energía en áreas remotas pero los costes operacionales son ahora muy elevados. Otra consideración importante son los elevados costes dle transporte del combustible.
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Las tecnologías actuales permiten incorporar la energía eólica al ártico pero la experiencia en la operación de sistemas energéticos y el mantenimiento son factores críticos.
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Otro de los desafíos principales de la aplicación de las tecnologías eólicas diesel en el ártico es la adaptación de tecnología a los climas árticos. En el lado positivo mencionamos que la mayoría de los fabricantes de turbinas eólicas han estudiado en detalle la operación de las turbinas en los climas fríos y así son capaces de proporcionar turbinas eólicas calificadas para opera a temperaturas y condiciones extremas. Pero incluso en turbinas diseñadas para operar en condiciones extremas las temperaturas bajas, el hielo extremo o los vientos fuertes hacen que acceder a las turbinas para solucionar problemas o reparar sea difícil.

Entre los desafíos técnicos de importancia en esta tecnología podemos considerar especialmente los que indicamos a continuación:
  • Colección, análisis y diseminación de información de costes y rendimiento del sistema de energía diesel - eólica.
  • Desarrollo de fundamentos de turbinas de bajo coste y procesos de instalación que no requieran el uso de grúas pues en lugares remotos son difíciles de utilizar.
  • El desarrollo creciente de sistemas en packs que combinan todos los componentes requeridos antea de la instalacioón en una comunidad rural es también una cuestión importante. Esto puede desarrollarse en combinación con una arquitectura de control plug-and-play más flexible.
  • Desarrollo expandido de tecnología de almacenamiento a bajo coste, que permita implementar sistemas de alta penetración a un coste inferior.
  • Desarrollo de normas para los sistemas y controladores diesel eólica que permitan la operación aceptable.
  • Disponibilidad de turbinas modernas eólicas en el rango de tamaño apropaido para ser incorporadas a las aplicaciones eólica diesel.
Importancia del calor residual

En climas con grandes cargas térmicas, es típico extraer energía térmica del ciclo de combustión de las plantas diesel, ya sea a través del sistema de enfriamiento del motor u obteniendo calor de los gases de escape. La inclusión del viento en la planta diesel reduce la operación diesel, y se reduce la cantidad de energía térmica generada. Si la planta se usa o vende energía térmica, la economía de la generación de energía por otros mediso, tales como una caldera diesel, deben considerarse cuando se valore el impacto de la incorporación de la energía eólica. Esto es especialmente importante en el caso de sistemas eólicos de alta penetración en los que todos los motores diesel tienen que apagarse, eliminando todo el calor térmico de la planta del sistema diesel. Esto típicamente no es un gran problema debido a que las calderas típicamente tienen una eficiencia mucho mayor que la energía térmica que se extrae del ciclo de combustión de generación, pero debe ser tomada en consideración.
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Adicionalmente, cuando se aumenta la capacidad eólica, incrementando la penetración de la planta, más energía se genera por la turbina eólica que puede usarse para cumplir las demandas térmicas.
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Bibliografía: Status of Wind-Diesel Applications in Arctic Climates. NREL/CP-500-42401
Palabras clave: synchronous condenser
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